PENGEMBANGAN METODE ISOLASI DNA GENOM PADA TANAMAN JARAK PAGAR (Jatropha curcas)

AbstractPenanda molekuler telah digunakan secara ekstensif untuk mempelajari hubungan genetik

jumlah tanaman. Salah satu teknik yang dapat digunakan untuk memperoleh mencetak DNA jari

adalah RAPD (random RAPD) teknik, teknik molekuler didasarkan pada teknologi PCR. Kualitas

produk amplifikasi tergantung pada beberapa faktor seperti konsentrasi MgCl2, primer, kondisi

PCR dan kualitas DNA. Dalam penelitian ini, percobaan dilakukan untuk mengetahui teknik

isolasi DNA yang tepat untuk tiga aksesi Jatropha curcas (Karangtengah, Lamongan dan NTB).

Tiga teknik isolasi DNA telah diuji dan dua dari mereka mampu menghasilkan kualitas yang baik

DNA genom. Hasil itu menunjukkan bahwa teknik ini dapat digunakan untuk isolasi DNA genom

biji jarak pada analisis molekuler.

Key words : Jatropha curcas, DNA isolation

I. Pendahuluan

Pemanfaatan minyak jarak pagar (Jatropha curcas L) sebagai bahan biodiesel merupakan

salah saru alternatif untuk mengantisipasi meningkatnya permintaan bahan bakar. Minyak jarak

pagar selain merupakan sumber minyak terbarukan (reneweble fuels) juga termasuk non edible

oil sehingga tidak bersaing dengan kebutuhan konsumsi manusia seperti pada minyak kelapa

sawit, minyak jagung dsb. Secara agronomis tanaman jarak pagar cukup sesuai untuk

dibudidayakan dengan kondisi agroklimat di Indonesia, bahkan pada kondisi kering dan pada

lahan marginal. Akan tetapi ada berbagai permasalahan yang dihadapi antara lain belum adanya

varietas unggul dan masih terbatasnya pendekatan molekuler dalam pemuliaan tanaman pagar.

Tanaman jarak pagar termasuk dalam famili Euphorbiacae, di mana genus Jatropha

memiliki 175 spesies. Dari jumlah tersebut lima spesies ada di Indonesia, yaitu Jatropha curcas L

dan Jatropha gossypiifolia yang sudah digunakan sebagai tanaman obat. sedangkan Jatropha

integerrima Jacq, Jatropha multifida dan Jatropha podagrica Hook digunakan sebagai tanaman

hias. Dalam perkembangan dewasa ini, species Jatropha curcas L. menarik minat karena sifat

minyaknya yang dapat digunakan untuk substitusi minyak diesel dan dapat dimanfaatkan sebagai

bahan biodiesel.

Dalam bidang pemuliaan tanaman jarak pagar hingga saat ini masih terbatas pada seleksi

dan uji lapang dengan menggunakan karakter morfologi dalam upaya mendeskripsikan tanaman.

Dalam hal ini, kebanyakan karakter yang nampak merupakan interaksi genetik dan kondisi

lingkungan. Oleh karen itu, diperlukan adanya upaya analisis molekuler pada tanaman jarak

pagar. Teknik biologi molekuler telah memberikan peluang untuk mengembangkan dan

mengidentifikasi peta genetik dari suatu kultivar tanaman. Pendekatan genetika molekuler dengan

menggunakan penanda DNA telah berhasil membentuk penanda molekuler yang mampu dalam

mendeteksi gen dan sifat-sifat tertentu, evaluasi keragaman dan evolusi pada tingkat genetik

(Hoon-Lim et al. 1999). Beberapa teknik penanda DNA tersebut adalah Restriction Fragment

Length Polymorphism, Amplified Fragment Length Polymorphism dan Random Amplified

polymorphic DNA.

Penggunaan penanda RAPD didasarkan pada pertimbangan antara lain: informasi

susunan nukleotida dalam DNA tidak perlu diketahui terlebih dahulu, relatif sederhana dan

mudah preparasinya, hanya perlu sejumlah kecil DNA dan memberikan hasil lebih cepat

dibandingkan beberapa penanda molekuler lain. Analisis sidik jari DNA tanaman jarak

didasarkan pada jumlah, frekuensi dan distribusi alel-alel DNA berdasarkan penanda RAPD yang

telah diperoleh. beberapa hal diatas mendasari pemikiran diperlukan adanya upaya analisis

molekuler pada tanaman jarak pagar dengan menggunakan penanda RAPD.

Pemakaian teknik RAPD memiliki resolusi yang sebanding dengan RFLP dalam hal

analisis kekerabatan antar genotip (dos Santos et al. 1994) dan mampu menghasilkan jumlah

karakter yang tidak terbatas sehingga sangat membantu dalam analisis keragaman genetik

tanaman yang tidak diketahui latar belakang genomnya (Liu dan Furnier, 1993). Analisis RAPD

hanya memerlukan sejumlah kecil DNA sehingga sangat sesuai untuk species tanaman berkayu

(Rowland dan Levi 1994). RAPD memerlukan biaya lebih rendah dibandingkan biaya untuk uji

kekerabatan berdasarkan anaisis DNA yang lain. Metode RAPD menggunakan primer dengan

ukuran sepuluh basa sering digunakan untuk studi kekerabatan, identifikasi varietas (CIMMYT,

1998), pemetaan genetik, analisis struktur DNA organisme dan finggerprinting suatu individu

organisme. Teknik RAPD menggunakan primer acak maupun spesifik telah terbukti dapat

digunakan sebagai penanda molekuler untuk berbagai karakter agronomis penting. Pemakaian

marka molekuler RAPD banyak digunakan untuk menyusun kekerabatan beberapa individu

dalam spesies maupun kekerabatan antar spesies. Penggunaan kekerabatan ini dapat dijadikan

rujukan dalam pemuliaan persilangan untuk mendapatkan keragaman yang tinggi dari hasil suatu

persilangan (Maftuchah, 2001).

Dalam proses isolasi DNA genom tanaman, keberadaan polisacharida dan senyawa

metabolit sekunder dalam sel tanaman sering menyulitkan dalam proses isolasi asam nukleat.

Struktur polisacharida yang mirip dengan asam nukleat akan menyebabkan polisacharida tersebut

akan mengendap bersama dengan asam nukleat. Penambahan senyawa pereduksi sepertri

marchaptoetanol dan dithiothreitol dapat mencegar proses oksidasi senyawa fenolik sehingga

menghambak aktivitas radikal bebas yang dihasilkan oleh oksidasi fenol terhadap asam nukleat

(Wilkins dan Smart, 1996). Metabolit sekunder dan polisacharida juga dapat menghambat kerja

enzim Adanya polosacharida dalam tanaman ditandai dengan kekentalan pada hasil isolasi DNA

yang menyebabkan kesulitan dalam reaksi PCR akibat penghambatan aktivitas Taq polymerase

(Fang et al., 1992 dalam Porebski et al, 1997) Oleh karena itu diperlukan suatu teknik isolasi

DNA genom tanaman yang tepat sehingga diperoleh kualitas DNA yang baik bagi proses

amplifikasi PCR.

Dari hasil penelitian ini diharapkan akan diperoleh DNA genomik tanaman jarak pagar

dan metode isolasi DNA yang sesuai pada tanaman jarak pagar (Jatropha curcas L) sebagai

materi dalam proses amplifikasi PCR.

2. Metode Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Molekuler Tanaman Pusat Pengembangan

Bioteknologi, Universitas Muhammadiyah Malang. Tanaman jarak pagar (Jatropha curcas L.)

yang dipergunakan berasal dari Kebun Koleksi Plasma Nutfah Jarak dari Balai Penelitian

Tanaman Tembakau dan Serat (BALITTAS) – Karangploso, Malang. Aksesi jarak pagar yang

dipergunakan dalam penelitian ini adalah Lamongan. Nusa Tenggara Barat dan Karang Tengah.

Isolasi DNA Genomik Tanaman Jarak (Jatropha curcas L)

DNA genom tanaman jarak pagar (Jatropha curcas L.) diisolasi dari daun muda tanaman

jarak pagar. Prosedur ekstraksi DNA dari daun tanaman jarak pagar dilaksanakan berdasarkan

metode standar (Sambrook et al., 1989) dengan menggunakan bufer CTAB, metode Doyle and

Doyle (1990), serta metode Zheng et al (1995) dengan menggunakan bufer pengekstrak SDS.

Setelah DNA hasil isolasi dimurnikan, kemudian dilakukan analisis melalui running agarose gell

0,8 %.

A. Metode CTAB (Sambrook et al., 1989).

Pada proses isolasi dengan metode CTAB (Sambrook et al., 1989) dilakukan pembuatan

bufer lisis (yang terdiri atas 0,2 M Tris-Cl pH 7,5 ; 0,05M EDTA pH 8,0 ; 2 M NaCl ; 2 %

CTAB) dan bufer ekstraksi (terdiri dari 0,35 M sorbitol ; 0,1 M Tris-Cl pH 7,5 ; 5 mM EDTA ;

dH2O). Potongan daun dimasukkan tabung 1,5 ml yang telah didinginkan dalam es, kemudian

daun digerus dengan bantuan nitrogen cair. Setelah itu ditambahkan bufer isolasi DNA

(campuran bufer lisis, bufer ekstraksi dan sarcocyl). Suspensi divortex sampai tercampur merata,

kemudian diinkubasi selama 1 jam, pada suhu 65o C. Setelah 1 jam ditambah 750 µl kloroform -

isoamil alkohol (24 : 1). Setelah homogen larutan disentrifugasi dengan kecepatan 12.000 rpm

selama 5 menit, 40 C, lapisan atas diambil dan dimasukkan ke dalam tube 1,5 ml, kemudian

ditambahkan larutan isopropanol dan divortex perlahan. Sentrifugasi dilakukan selama 5 menit,

12.000 rpm, pada suhu 40C, kemudian supernatan dibuang. Pelet dicuci menggunakan 500 µl

EtOH 70 %, kemudian disentrifugasi 12.000 rpm, 3 menit dan supernatan dibuang. Sentrifugasi

dilakukan kembali dengan kecepatan 12.000 rpm, 1 menit, kemudian supernatan dibuang dengan

mikropipet. Pelet dikeringkan dan dilarutkan dengan 50 µl TE (10 mM Tris-HCl pH 8,0 ; 1 mM

EDTA pH 8,0). DNA disimpan pada suhu -200 C.

B. Metode CTAB (Doyle and Doyle, 1990).

DNA genomik jarak pagar diisolasi dengan menggunakan 200 mg daun, yang dimasukkan

ke dalam tabung eppendorf dan digerus dengan bantuan nitrogen cair. Ke dalam tabung

ditambahkan 750 µl bufer ekstraksi CTAB. Campuran tersebut divorteks lalu diinkubasi dalam

pemanas air selama 60 menit pada suhu 650 C. Setelah dibiarkan dingin hingga suhu kamar,

campuran tersebut ditambahkan dengan 750 µl kloroform - isoamil alkohol ( 24 : 1 ). Campuran

disentrifugasi selama 10 menit dengan kecepatan 12000 rpm pada suhu 40C. Lapisan atas

dimasukkan ke dalam tabung eppendorft lain yang mengandung isopropanol dan dicampur

merata. Setelah disentrifugasi selama 10 menit 11.000 rpm, endapan DNA dicuci dengan

menambahkan etanol 76 % dan dikeringkan. Endapan DNA yang telah kering dilarutkan dalam

25 µl bufer TE (10 mM Tris-HCl pH 8,0 ; 1 mM EDTA pH 8,0). DNA disimpan pada suhu -200

C.

C. Metode SDS (Zheng et al , 1995).

Pada pemakaian metode ekstraksi Zheng et al (1995), sebelum berlangsungnya proses

isolasi DNA dilakukan pembuatan bufer pengekstrak yang terdiri atas 25 mM EDTA (pH 7,5), 50

mM TrisHCl (pH 8), 300 mM NaCl, SDS 1% dan H2O. Potongan daun tanaman jarak pagar

dimasukkan tabung 1,5 ml yang telah didinginkan dalam es, kemudian digerus dengan

menambahkan 400 ul buffer pengekstrak. Setelah cukup halus ditambahkan 100 ul buffer

pengekstrak. Setelah itu diambil 400 ul larutan dan ditambah dengan 400 ul chloroform.

Suspensi divortex sampai tercampur merata, kemudian dan setelah homogen larutan disentrifus

dengan kecepatan 13.000 rpm selama 1 menit pada suhu 40C. Lapisan atas diambil dan

dimasukkan ke dalam tube 1,5 ml, kemudian ditambahkan 800 µl Etabol absilut. Larutan

disentrifugasi selama 3 menit, 13.000 rpm, pada suhu 40C, kemudian supernatan dibuang. Pelet

dicuci kembali dengan menggunakan 500 µl EtOH 70 %. Supernatan dibuang, kemudian endapan

dicuci kembali dengan etanol 70%, dan disentrifugasi 13.000 rpm, pada suhu 40C. Supernatan

dibuang kembali, dan pelet dikeringkan dengan menggunakan vakum. Setelah kering, pelet

ditambah dengan 50 ul TE dan DNA disimpan pada suhu -200C.

Hasil isolasi DNA dengan berbagai teknik tersebut kemudian dielektroforesis pada 0,8%

gel agarosa pada kondisi 50V selama 30 menit. Deteksi dilakukan dengan menggunakan UV

transluminator dan dilakukan pemotretan gell.

3. Hasil dan Pembahasan

Salah satu keuntungan pemakaian analisis keragaman genetik tanaman dengan

menggunakan teknik molekuler yang memanfaatkan teknologi amplifikasi PCR adalah kuantitas

DNA yang diperlukan hanya sedikit. Disamping itu, dalam pelaksanaan teknik RAPD tingkat

kemurnian DNA yang dibutuhkan tidak perlu terlalu tinggi, atau dengan kata lain teknik

amplifikasi PCR relatif toleran terhadap tingkat kemurnian DNA. Walaupun demikian, dalam

suatu teknik isolasi DNA masih diperlukan suatu tahapan untuk meminimalkan senyawa-

senyawa kontaminan yang dapat mengganggu reaksi PCR seperti polisacharida dan metabolit

sekunder. Hal ini disebabkan keberadaan polisacharida dan metabolit sekunder dalam sel

tanaman sering menyulitkan dalam isolasi asam nukleat (Wilkins and Smarts, 1996). Dalam

penelitian ini, DNA genom tanaman jarak pagar diisolasi dari daun muda tanaman jarak.

1 2 3 4 5 6

Gambar 1. Hasil proses isolasi DNA tanaman jarak pagar dengan menggunakan bufer CTAB (Sambrook et al., 1989) : Karang Tengah (baris 1, 2), Lamongan (baris 3, 4), Lombok Barat (baris 5, 6)

Dalam tahap awal dilakukan isolasi DNA genomik tanaman jarak pagar dengan

menggunakan prosedur ekstraksi DNA yang menggunakan bufer pengekstrak CTAB

berdasarkan metode Sambrook et al. (1989). Bufer yang dipergunakan terdiri dari 0,2 M Tris-Cl

pH 7,5 ; 0,05M EDTA pH 8,0 ; 2M NaCl ; 2% CTAB ; 0,35 M sorbitol ; 0,1 M Tris-Cl pH 7,5 ;

5 mM EDTA dan dH2O. Namun dengan penggunaan prosedur ekstraksi CTAB tersebut ternyata

belum dapat menghasilkan DNA genom yang optimal (Gambar 1). Dari hasil elektroforesis

terlihat bahwa kualitas DNA yang dihasilkan belum optimal, oleh karena itu proses isolasi

selanjutnya dicoba dengan menggunakan metode isolasi DNA genomik yang lain.

Pada proses ekstraksi DNA jarak pagar, setelah penambahan bufer pengekstrak CTAB

pada daun yang telah dihaluskan, terbentuk larytan yang sangat kental, yang meunjukkan

tingginya kandungan polisacharida. Selain polisacharida, kandungan senyawa fenolik jarak pagar

juga cukup tinggi, hal ini dapat dilihat dari cepatnya pencoklatan pada ujung daun yang dipotong.

Adanya polisacharida dan senyawa metabolit sekunder dalam sel tanaman sering menyulitkan

dalam proses isolasi asam nukleat. Struktur polisacharida yang mirip dengan asam nukleat akan

menyebabkan polisacharida tersebut akan mengendap bersama dengan asam nukleat.

Dalam proses isolasi DNA tanaman, penambahan senyawa pereduksi sepertri

marchaptoetanol dan dithiothreitol dapat mencegah proses oksidasi senyawa fenolik sehingga

menghambak aktivitas radikal bebas yang dihasilkan oleh oksidasi fenol terhadap asam nukleat

(Wilkins dan Smart, 1996). Metabolit sekunder dan polisacharida juga dapat menghambat kerja

enzim Adanya polosacharida dalam tanaman ditandai dengan kekentalan pada hasil isolasi DNA

yang menyebabkan kesulitan dalam reaksi PCR akibat penghambatan aktivitas Taq polymerase

(Fang et al., 1992 dalam Porebski et al, 1997).

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Gambar 2. Hasil proses isolasi DNA tanaman Jarak Pagar dengan menggunakan bufer CTAB (Doyle and Doyle, 1990) : Karang Tengah (baris 1, 2, 3), Lamongan (baris 4, 5, 6), Lombok Barat (baris 7, 8, 9)

Pada tahap selanjutnya diujikan prosedur isolasi DNA tanaman jarak pagar dengan

menggunakan buffer pengekstrak CTAB berdasarkan metode Doyle and Doyle (1990). DNA

genomik tanaman jarak pagar diisolasi dengan menggunakan 200 mg daun, yang ditambahkan

bufer ekstraksi CTAB. Campuran tersebut divorteks lalu diinkubasi dalam pemanas air dan

setelah dingin hingga suhu kamar ditambah dengan kloroform - isoamil alkohol. Hari hasil

running elektroforesis gel agarose menunjukkan metode tersebut dapat menghasilkan DNA

genom jarak pagar Karangtengah, Lamongan dan NTB dengan kuantitas dan kualitas yang cukup

baik (Gambar 2).

Pada pemakaian prosedur isolasi DNA tanaman jarak pagar dengan menggunakan buffer

pengekstrak Sodium Dodecyl Sulfate (Zheng et.al., 1995) larutan buffer yang dipergunakan

terdiri atas 25 mM EDTA pH 7,5, 50 mM Tris HCl, pH 8 300 mM Na Cl, 1% Sodium Dodecyl

Sulfate dan dH2O. Dengan menggunakan teknik tersebut telah berhasil diperoleh DNA genom

tanaman jarak pagar aksesi Karang Tengah, Lamongan dan NTB dengan kualitas DNA yang

cukup baik (Gambar 3.).

1 2 3

Gambar 3. Hasil proses isolasi DNA tanaman jarak pagar dengan menggunakan bufer SDS (Zheng et.al., 1995) : Karang Tengah (baris 1), Lamongan (baris 2), Lombok Barat (baris 3).

Pada umumnya ekstraksi DNA tanaman dilaksanakan dengan menggunakan bufer

pengekstrak SDS (sodium dodecyl sulphate) dan CTAB (cetyltrimetilammonium bromide).

Perlakuan lisis sel dengan menggunakan detergen non ionik CTAB menghasilkan kuantitas DNA

yang cukup tinggi terutama dari jaringan segar, dengan jumlah DNA yang dihasilkan bervariasi

tergantung pada species dan kondisi awal material yang digunakan (Ausubet et al., 1994). Pada

tanaman dengan kandungan polisacharida dan metabolit sekunder tinggi perlu dilakukan

modifikasi pada saat ekstraksi DNA. Untuk menghilangkan polisacharida ekstraksi lisat dengan

menggunakan kloroform disarankan dibandingkan dengan kloroform/isoamil alkohol karena

lebihn efisien untuk mengisolasi asam nukleat (Ausubet et al., 1994). Secara umum hasil

penelitian ini menunjukkan bahwa dengan pemakaian tiga metode isolasi DNA genom yang

diujikan maka dihasilkan dua metode yang mampu menghasilkan DNA genom jarak pagar

dengan kuantitas dan kualitas yang baik, yaitu metode Doyle and Doyle (1990) yang

menggunakan bufer CTAB (cetyltrimetilammonium bromide) dan metode Zheng et.al., (1995)

yang menggunakan bufer pengektrak SDS (sodium dodecyl sulphate)

4. Kesimpulan dan Saran

Dalam proses isolasi DNA genom tanaman, keberadaan polisacharida dan senyawa

metabolit sekunder dalam sel tanaman sering menyulitkan dalam proses isolasi asam nukleat.

Penggunaan penanda RAPD didasarkan pada pertimbangan antara lain: informasi

susunan nukleotida dalam DNA tidak perlu diketahui terlebih dahulu, relatif sederhana dan

mudah preparasinya, hanya perlu sejumlah kecil DNA dan memberikan hasil lebih cepat

dibandingkan beberapa penanda molekuler lain.

Metode isolasi DNA berdasarkan metode Doyle and Doyle (1990) yang menggunakan

bufer CTAB (cetyltrimetilammonium bromide) dan metode Zheng et.al., (1995) yang

menggunakan bufer pengektrak SDS (sodium dodecyl sulphate) sesuai untuk dipergunakan dalam

isolasi DNA genom tanaman jarak pagar.

Metabolit sekunder dan polisacharida juga dapat menghambat kerja enzim Adanya

polosacharida dalam tanaman ditandai dengan kekentalan pada hasil isolasi DNA yang

menyebabkan kesulitan dalam reaksi PCR akibat penghambatan aktivitas Taq polymerase

Daftar Pustaka

Ausubel, F.M., Brent, R., Kongston, R.E., Moore, D.D., Saidman, J.G., Smith J.A., and Stuhl, K. 1994. Current protocols in molecular biology. New York. John Wiley and Sons. Inc.

CIMMYT, 1998. Molecular Marker Applications to Plant Breeding. In: Amboinet’s First Training Workshop, 9 November-4 Desember, El Batan, Mexico.76 p.

Correa, R. X.,Ricardo V. A., Fabio G. F. Cosme D. C., Maurilio A. M., dan Everaldo G. B., 1999. Genetic Distance in Soybean Based on RAPD Markers. (On line), http://www.scielo.br/scielo.php diakses 22 April 2004.

Doyle J.J and Doyle J.L. 1990. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus. Moscow. 12(1):13-15.

dos Santos JB, Nienhuis J, Skruch P, Tivang J and Slokum MK. 1994. Comparison of RAPD and RFLP genetic markers in determining genetic similarity among Brassica oleracea L. genotypes. Theor. Appl Genet. 87:909-915.

Hoon-Lim S, Peng Teng PC, Lee YH, and Goh CJ. 1999. RAPD analysis of some species in the genus vanda (orchidaceae). Annuals of Botany. 83:193-196.

Liu Z and Furnier GR. 1993. Comparison of allozyme, RFLP and RAPD markers for revealing genetic variation within and between Trembling Aspen and Bigtooth Aspen. Theor. Appl. Genet. 87:97-105.

Maftuchah. 2001. Strategi pemanfaatan penanda molekuler dalam perkembangan bidang hortikultura. Makalah Sarasehan Pemanfaatan Penanda Molekuler di Bidang Hortikultura. Perhorti Jatim – Deptan.

Porebski, S., Bailey, L.G., and Baum, B.R. 1997. Modification of CTAB DNA extractions protocol for plants cotaining high polysacharide and polyphenol components. Plant Molec Biol reporter 15: 8-15

Sambrook J., E.F. Fritsch and Maniatis, T. 1989. Molecular Cloning : A laboratory Manual. 2nd Edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press. USA.

Zheng K, Huang N, Bennet P. and Khush GS. 1995. PCR-based marker assisted selection in rice breeding. IRRI news lett 2.

Wilkins, T.A. and Smart, L.B.. 1996 Isolation of RNA from Plant Tissue. Di dalam: Krieg, P.A. (ed). A Laboratory Guide to RNA. Isolation, Analysis and Synthesis. New York: Wiley – Liss.